CN103690146A - 新型眼动仪 - Google Patents
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Abstract
本发明设计了新型眼动仪，包括头盔、PC机、图像显示卡、图像处理模块、红外光发射器、两个摄像机、滤光片。本新型眼动仪的有益效果是仪器体积小，采样频率高、便于携带。
Description
技术领域
本发明涉及医疗设备技术领域，尤其是提出了新型眼动仪。
背景技术
眼动仪是用于记录人在处理视觉信息时的眼动轨迹特征，广泛用于注意、视知觉、阅读等领域的研究的仪器。
眼睛是外部世界信息进入人类大脑的最主要的方式，它接收到的信息量大概是全部信息的80%～90%，因此眼-机交互的研究就变成了人机交互这个热点中比较重要的分支之一，所以对人眼球运动的情况的研究具有深远的意义。近年来，国外已经开发了许多以人眼为输入媒介的视频眼动测量系统，它被广泛的应用于工业控制、机器人学和医学。
眼动仪可应用于很多多方面，比如将眼动仪安装在汽车或飞行模拟器上，记录眼动情况，从而为进行汽车或飞行器的驾驶研究及舱内仪器仪表设计提供客观依据；眼动仪还可以进行产品设计、用户体验和可用性研究；运动员在从事运动训练时头戴便携式眼动仪可以记录他们在训练时的眼动数据，从而为提高运动员的训练效果提供帮助。但是，目前所用的眼动仪体积都比较大，不方便携带。
发明内容
本发明针对上述现有技术存在的缺陷，设计了新型眼动仪。本发明的技术方案如下：
新型眼动仪，主要包括四个模块，分别是光学系统、数据记录与分析系统、眼图处理系统、视线跟踪系统。光学系统用于获取实时眼图，数据记录与分析系统用来采集场景摄像机拍摄到的图像并储存等，眼图处理系统从采集到的眼图中提取瞳孔中心坐标和角膜反射光斑中心坐标，然后分区域随机进行椭圆凝合，获取最佳凝合椭圆，最终确定中心坐标，视线跟踪系统是通过提取的特征值来完成对真实场景中眼睛注视点的跟踪，通过仿真接口和网络接口，可以将处理过的数据传输到PC机或网络上进行保存。
新型眼动仪，整个系统协调工作，光学系统由头盔、红外光源、滤光镜片及摄像机等组成。中央红外LED安装在红外摄像头边围，分光器将中央红外LED发出的红外光传给光学合成器照射用户眼睛，通过红外摄像头采集送到光学主控系统。摄像机采用高分辨率的相机，其连同固定杆位置可以进行移动，以适应不同头型的大小来调节头盔摄像机和眼睛的位置。其中头盔可根据需要进行调节，不需要进行固定和支架。数据记录与分析系统的实现是通过图像采集卡采集摄像机拍到的图像，并实现图像存储。图像采集卡用来采集摄像机拍摄到的实时图像，传到眼图处理系统进行相应处理。眼图处理系统是使用ARM116410作为主处理器，DSP作为协处理器，ARM116410控制程序运行的开始、结束及运算结果的显示等，DSP标定出瞳孔的位置坐标及对输入数据的处理，利用小波变换对图像进行去噪处理并用自适应获取阈值的方法和双阈值随机椭圆凝合方法进行瞳孔中心定位。视线跟踪系统模块主要是通过眼图处理系统得到的眼睛特征值来完成对真实场景中眼睛注视点的跟踪，并将视场中注视点转换到计算机屏幕上。该系统还设计了仿真接口和网络接口，可以将处理过的数据传输到PC机或网络上进行保存。PC机可以反映眼图实时处理效果图并对校准点位置的误差进行判定。
新型眼动仪，采样频率高，提高了实时图像的采集效果，且体积小、重量轻、便于携带，降低了对普通用户的要求，使用起来更加方便。
附图说明
图1是新型眼动仪结构原理图
具体实施方式
如图1所示，该眼动仪主要包括四个模块，分别是光学系统、数据记录与分析系统、眼图处理系统、视线跟踪系统。
在普通光照条件下拍摄的人眼图像,瞳孔与它周围的虹膜亮度相近,较难区分。视网膜对红外光是不敏感的,在红外光照射下,由于瞳孔与虹膜对红外线有不同的吸收率和反射率,瞳孔部分会表现得偏暗,而虹膜部分则会偏亮,两者之间的差距明显,从而更容易检测出瞳孔。受试者戴上头盔，使双摄像机经过滤光片反射后拍摄到整个眼睛，使红外光源发出的红外光线能够被滤光镜片反射到眼球的表面，从而获得最佳眼图效果。
数据记录与分析系统的实现是通过图像采集卡采集摄像机拍到的图像，并实现图像存储。图像采集卡用来采集摄像机拍摄到的实时图像，传到眼图处理系统进行相应处理。
眼图处理系统是对眼图进行预处理，使用ARM116410作为主处理器，DSP作为协处理器，找出瞳孔中心的大致位置，利用小波变换对图像进行去噪处理并用自适应获取阈值的方法和双阈值随机椭圆凝合方法进行瞳孔中心定位，然后分区域随机进行椭圆凝合，获取最佳凝合椭圆，最终确定中心坐标。
视线跟踪系统是通过提取的特征值来完成对真实场景中眼睛注视点的跟踪，通过仿真接口和网络接口，可以将处理过的数据传输到PC机或网络上进行保存。PC机分析软件提供用户操作界面、实现与眼动仪的通信连接、完成实时图像的接收和显示、人眼图像的瞳孔定位，最终得到各类试验条件下的眼球运动轨迹，为后续的特征提取和生理、心理研究提供信息支撑。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本新型眼动仪的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本新型眼动仪进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本设计的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.新型眼动仪，主要包括头盔、PC机、图像采集卡、图像处理模块、红外光发射器、两台摄像机。
2.根据权利要求1所述的眼动仪，其特征在于：采样频率高。
3.根据权利要求1所述的眼动仪，其特征在于：两台摄像机分别同步的提取眼睛的运动视频和外界场景视频。
4.根据权利要求1所述的眼动仪，其特征在于：眼图处理模块使用ARM116410作为主处理器，DSP作为协处理器，ARM116410控制程序运行的开始、结束及运算结果的显示等，DSP标定出瞳孔的位置坐标及对输入数据的处理。
5.根据权利要求1所述的眼动仪，其特征在于：所述头盔为可调节头盔，可根据头型大小及所需位置进行调节。
6.根据权利要求1和4所述的眼动仪，其特征在于：从采集到的眼图中提取瞳孔中心坐标和角膜反射光斑中心坐标，然后分区域随机进行椭圆凝合，获取最佳凝合椭圆，最终确定中心坐标。
7.根据权利要求1和6所述的眼动仪，其特征在于：利用小波变换对图像进行去噪处理并用自适应获取阈值的方法和双阈值随机椭圆凝合方法进行瞳孔中心定位。
Priority Applications (1)
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| CN201310685153.XA CN103690146A (zh) | 2013-12-13 | 2013-12-13 | 新型眼动仪 |
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| CN201310685153.XA CN103690146A (zh) | 2013-12-13 | 2013-12-13 | 新型眼动仪 |
Publications (1)
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| CN103690146A true CN103690146A (zh) | 2014-04-02 |
Family
ID=50351932
Family Applications (1)
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| CN201310685153.XA Pending CN103690146A (zh) | 2013-12-13 | 2013-12-13 | 新型眼动仪 |
Country Status (1)
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2013
- 2013-12-13 CN CN201310685153.XA patent/CN103690146A/zh active Pending
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20140402 |